摘要：基于ieee1451標(biāo)準(zhǔn)和藍(lán)牙協(xié)議提出藍(lán)牙無線傳感器結(jié)構(gòu)模型，并就具體的抄表系統(tǒng)完成藍(lán)牙傳感器的設(shè)計(jì)。該傳感器不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)檢測(cè)和傳輸?shù)臒o線化，同時(shí)也提供了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_性能。

關(guān)鍵詞：ieee1451標(biāo)準(zhǔn)藍(lán)牙協(xié)議 無線傳感器 無線抄表

引言

ieee1451.2是智能傳感器接口模塊標(biāo)準(zhǔn)。它提供了將傳感器和變送器連接到網(wǎng)絡(luò)的接口標(biāo)準(zhǔn)，主要用于實(shí)現(xiàn)傳感器的網(wǎng)絡(luò)化。ieee1451.2標(biāo)準(zhǔn)采用通用的a/d或d/a轉(zhuǎn)換裝置作為傳感器的i/o接口，將各種傳感器模擬量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定格式的數(shù)據(jù)，連同一個(gè)小存儲(chǔ)器—傳感器電子數(shù)據(jù)表teds（transducer electronic data sheet），與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的處理器目標(biāo)模型—網(wǎng)絡(luò)適配器ncap（network capable application process）連接。如此，數(shù)據(jù)可以按網(wǎng)絡(luò)規(guī)定的協(xié)議接入網(wǎng)絡(luò)。該標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模型提供了一個(gè)連接智能變送器的接口模型stim（smart transducer interface module）ncap的10線標(biāo)準(zhǔn)接口—變送獨(dú)立接口tii（transducer independence interface）。

圖1

采用上述ieee1451標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)化的同時(shí)，無線通信技術(shù)被引入原有傳感器以實(shí)現(xiàn)無線化也是傳感器當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，是今后傳感器發(fā)展的一個(gè)重要方向。尤其隨著藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用的失言以及其芯片價(jià)格的進(jìn)一步下調(diào)，將藍(lán)牙技術(shù)引入傳感器以實(shí)現(xiàn)傳感器的無線化已成為可能。目前絕大多數(shù)抄表系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)檢測(cè)和傳輸，主要是有線方式進(jìn)行。本文將給出基于ieee1451.2和藍(lán)牙協(xié)議的無線抄表傳感器的具體實(shí)現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)抄表系統(tǒng)的無線化。

1 藍(lán)牙技術(shù)

藍(lán)牙技術(shù)為藍(lán)牙特別興趣小組（sig，special interest group）在1998年提出。它是一種新的短距離無線通信協(xié)議，是一種無線數(shù)據(jù)與語(yǔ)音通信的開放標(biāo)準(zhǔn)，目的是以無線的方式取代現(xiàn)有的有線接口。其優(yōu)勢(shì)在于：具有很強(qiáng)的移植性，可應(yīng)用于多種通信場(chǎng)合；硬件集成應(yīng)用簡(jiǎn)單，成本低廉，實(shí)現(xiàn)容易，而且易于推廣；藍(lán)牙功耗低，對(duì)人體危害�。徊捎脭U(kuò)頻跳頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)，增加了信息傳輸?shù)陌踩�。藍(lán)牙系統(tǒng)支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通信。在一點(diǎn)對(duì)多瞇的連接方式中，多個(gè)藍(lán)牙單元共享一條信道，采用同一跳頻序列。各個(gè)藍(lán)牙設(shè)備構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)稱為匹克網(wǎng)（piconet）。匹克網(wǎng)中藍(lán)牙設(shè)備以主從方式實(shí)現(xiàn)通信。由于藍(lán)牙設(shè)備的物理尋址地址為3位，因此在同一時(shí)刻，匹克網(wǎng)最多只能激活8位設(shè)備（1主7從）；但不同時(shí)刻，多個(gè)匹克網(wǎng)可以構(gòu)成一個(gè)可重疊的散射網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。藍(lán)牙通信的有效半徑和其輸出的功率有關(guān)：當(dāng)輸出功率是2類（2.5mw/4db）時(shí)，通信范圍為15m；如果增加其功率到1類（4mw/20db）時(shí)，就能使通信范圍達(dá)到100m。

2 基本標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的傳感器結(jié)構(gòu)模型

基于ieee1451.5和藍(lán)牙協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)化傳感器由stim、藍(lán)牙模塊和ncap三部分組成，其體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。此方案的實(shí)現(xiàn)，相當(dāng)于在ieee1451.2的結(jié)構(gòu)模型上取代了原有的tii接口。采用無線的藍(lán)牙協(xié)議實(shí)現(xiàn)連接，類似于實(shí)現(xiàn)了一個(gè)無線的stim和無線ncap接收終端的模式。通過在原有的stim和ncap中嵌入了藍(lán)牙模塊，構(gòu)成的無線ncap和無線stim，以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)在藍(lán)牙匹克網(wǎng)以主從方式實(shí)現(xiàn)相互通信。

與典型的有線方式相比，上述無線網(wǎng)絡(luò)模型增加了兩個(gè)藍(lán)牙模塊。對(duì)于藍(lán)牙模塊部分標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)牙對(duì)外接口電路一般使用rs232或usb接口，而tii是一個(gè)控制鏈接到它的stim的串行接口。因此，必須設(shè)計(jì)一個(gè)類似于tii接口的藍(lán)牙電路，構(gòu)造一個(gè)專門的處理器來完成控制stim和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)到藍(lán)牙主控制接口hci（host control interface）的功能。

3 藍(lán)虎無線抄表傳感器的設(shè)計(jì)

基于上述無線傳感器結(jié)構(gòu)模型給出的無線抄表傳感器的結(jié)構(gòu)原理，如圖2所示。整個(gè)傳感器核心部件是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的前端stim部分和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接口的ncap部分。stim完成數(shù)據(jù)的采集和處理（濾波、校準(zhǔn)等），ncap完成傳感器的網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)pstn電話互網(wǎng)連。stim和ncap之間用藍(lán)牙無線接口連接。stim選用8位處理器實(shí)現(xiàn)，而ncap的網(wǎng)絡(luò)接口通過8位的處理器和內(nèi)嵌modem的形式實(shí)現(xiàn)。

（1）ncap部分硬件設(shè)計(jì)

抄表傳感器ncap硬件部分選用的處理器、藍(lán)牙模塊和內(nèi)置modem分別是winbond公司的w78e58處理器、erricsson公司rom 101 008系列藍(lán)牙模塊以及oki公司的調(diào)制解調(diào)芯片msm7512b。

圖3